(57)【要約】【課題】  冷凍サイクルの配管内に設置され、コンパクトな構成において前後差圧による内部の異常な圧力上昇を効果的に防止することができる双方向膨張装置を提供する。【解決手段】  本発明にかかる双方向膨張装置１では、圧力キャンセル構造によって冷媒圧力の一部がキャンセルされる。すなわち、閉弁用受圧面で受ける圧力の大きさ分、ばね１８，１１８に要される弾性力を小さくすることができる。その結果、ばね１８，１１８として小型のものを採用することができ、双方向膨張装置１全体をコンパクトに構成することができる。また、双方向膨張装置１の前後差圧が予め定める値以上となった場合には、リリーフ機構により、段部側から流入した冷媒を絞り流路とは別の流路に逃がすことができるため、双方向膨張装置１内部における冷媒圧力の異常な上昇を防止して、内部機器の破損等を防止することができる。【選択図】  図２
2005265230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向に冷媒が循環する配管内に設けられ、導入された冷媒を弁体によって規定した内部の絞り流路に通してその流れ方向に絞り膨張させて導出する双方向膨張装置であって、
前記流れ方向の前後差圧が設定値以上となったときに、内部に設けた弾性体に付勢された前記弁体によって閉じられた前記絞り流路とは別の流路を開放し、前記導入された冷媒の少なくとも一部を前記別の流路を介して前記流れ方向に逃がすリリーフ機構を備えたことを特徴とする双方向膨張装置。
【請求項２】
内部に第１弁座及び第２弁座が設けられた筒状のシリンダを備え、
前記弁体は、前記シリンダ内の部分的に縮管した段部を境にしてその両側にそれぞれ配置され、互いに独立して進退可能であるとともに前記第１弁座及び前記第２弁座にそれぞれ着脱可能に構成され、前記シリンダ内で前記冷媒を通過させる冷媒流路を形成可能な筒状の本体を有する第１弁体及び第２弁体からなり、
前記第１弁体及び前記第２弁体のうち前記流れ方向の下流側に位置した方が、前記絞り流路を形成するように動作することを特徴とする請求項１記載の双方向膨張装置。
【請求項３】
前記リリーフ機構は、前後差圧が前記設定値以上となったときに、前記第１弁体及び前記第２弁体のうち前記流れ方向の下流側に位置した方が、前記第１弁座及び前記第２弁座の対応する方から離間することにより、前記別の流路を形成することを特徴とする請求項２記載の双方向膨張装置。
【請求項４】
前記第１弁体及び前記第２弁体の各々が、前記各弁体の開弁方向に作用する冷媒圧力の一部をキャンセルする圧力キャンセル構造を備えたことを特徴とする請求項３記載の双方向膨張装置。
【請求項５】
前記圧力キャンセル構造は、前記各弁体において、その開弁方向に作用する冷媒圧力を受ける開弁用受圧面と、その閉弁方向に作用する冷媒圧力を受ける閉弁用受圧面とからなることを特徴とする請求項４記載の双方向膨張装置。
【請求項６】
前記第１弁座及び前記第２弁座が、前記段部の両内周端縁によりそれぞれ構成される一方、前記各弁体の前記開弁用受圧面及び前記閉弁用受圧面が、ともに各々の前記絞り流路の前記段部側に形成され、
前記各絞り流路は、前記各弁体の前記段部とは反対側にそれぞれ設けられた縮管部と、その縮管部にそれぞれ部分的に内挿された軸状部材との間隙により形成されることを特徴とする請求項５記載の双方向膨張装置。
【請求項７】
前記絞り流路は、前記縮管部の内周端縁部と前記軸状部材の外周面との間隙に形成され、対応する弁体が開弁方向に動作した際に、その流路断面が大きくなるように変化することを特徴とする請求項６記載の双方向膨張装置。
【請求項８】
前記軸状部材の前記段部側の端部に前記段部側に向かって断面が大きくなるテーパ部が形成され、前記テーパ部のテーパ面と前記縮管部の内周端縁部との間隙に、前記絞り流路が形成されることを特徴とする請求項７記載の双方向膨張装置。
【請求項９】
前記縮管部の前記段部側への対向面によっても前記開弁用受圧面が形成され、前記開弁用受圧面全体の受圧面積が前記閉弁用受圧面全体の受圧面積よりも大きくなるように、前記縮管部の断面形状が構成されたことを特徴とする請求項８記載の双方向膨張装置。
【請求項１０】
前記シリンダ内で支持される一方、前記各軸状部材をその前記段部とは反対側でそれぞれ係止可能な係止部材と、
前記各係止部材を前記シリンダ内においてそれぞれ位置調整するアジャスト機構と、
を備え、
前記アジャスト機構により前記係止部材を進退させて前記軸状部材の位置を調整することにより、前記各弁体の閉弁時における前記絞り流路の流路断面を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項７記載の双方向膨張装置。
【請求項１１】
前記第１弁体及び前記第２弁体は、それぞれの前記本体の前記段部とは反対側に筒状の弁部が形成される一方、前記本体の前記段部側に延出して前記段部に進退可能に挿通される縮管部を有し、
前記各弁体の前記縮管部と前記シリンダの前記段部との間隙により前記絞り流路が形成されることを特徴とする請求項５記載の双方向膨張装置。
【請求項１２】
前記縮管部の前記段部側の端面により前記閉弁用受圧面が形成され、前記縮管部によって前記本体内部に形成された前記段部とは反対側への対向面により、前記閉弁用受圧面よりも大きな受圧面積を有する前記開弁用受圧面が形成されたことを特徴とする請求項１１記載の双方向膨張装置。
【請求項１３】
前記各弁体の前記弁部の前記段部とは反対側に、前記弁部の断面よりも大きな受圧面が連設されたことを特徴とする請求項１２記載の双方向膨張装置。
【請求項１４】
前記段部に、前記冷媒の流れ方向の所定の範囲で摺動しつつ進退可能な筒状の可動体が設けられ、
前記各弁体の前記縮管部が前記可動体に内挿されることにより、前記縮管部と前記可動体との間隙に前記絞り流路が形成されることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の双方向膨張装置。
【請求項１５】
前記シリンダが、前記配管内に直接固定されるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の双方向膨張装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内を双方向に循環する冷媒をその流れ方向に絞り膨張させる双方向膨張装置に関し、特にヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル内で冷房運転時と暖房運転時とで逆方向に流れる冷媒を絞り膨張して減圧させるのに好適な双方向膨張装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式空気調和機では、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張装置と、室内熱交換器とを冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成している。
冷房運転を行うときには、圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒を四方弁を介し室外熱交換器に送って凝縮し、凝縮された冷媒を膨張装置で絞り膨張する。そして、この絞り膨張によって低温・低圧になった冷媒を室内熱交換器で室内空気と熱交換することにより、室内空気を冷やしている。この熱交換により蒸発された冷媒は圧縮機に戻される。
【０００３】
一方、暖房運転を行うときには、圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒を四方弁を介し室内熱交換器に送り、ここで室内空気と熱交換することにより室内空気を暖めている。この熱交換により凝縮された冷媒は、膨張装置で絞り膨張されて低温・低圧になり、室外熱交換器で蒸発されて圧縮機に戻される。
【０００４】
このような冷凍サイクルにおける膨張装置において、電磁弁等を用いずに比較的簡素な構成を採用したものとしては、例えばキャピラリチューブを用いたものが知られている。また、冷房運転時と暖房運転時とでキャピラリチューブの長さを変えて絞り特性を変えることも知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
この膨張装置は、直列に接続された暖房用キャピラリチューブおよび冷暖房用キャピラリチューブと、暖房用キャピラリチューブに並列に配置された逆止弁とから構成されている。暖房用キャピラリチューブは、長いキャピラリチューブを何度か折り返すことによって形成され、その開放端は室外熱交換器に接続される。冷暖房用キャピラリチューブについても、長いキャピラリチューブを何度か折り返すことによって形成され、その開放端は室内熱交換器に接続される。逆止弁は、室外熱交換器から送られてきた冷媒によって開けられ、その冷媒を暖房用キャピラリチューブをバイパスさせて冷暖房用キャピラリチューブに送るが、冷媒が冷暖房用キャピラリチューブから送られてきた場合には、その冷媒により閉じられて、暖房用キャピラリチューブに送るような向きに配置されている。
【特許文献１】特開平７−１３９８４８号公報（段落番号〔０１５３〕，図２６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような従来の膨張装置は、２本の長いキャピラリチューブを何度も折り返すことによって形成されているため、大きな設置スペースを取る。また、暖房用キャピラリチューブに並列に逆止弁を設け、２本のキャピラリチューブと逆止弁とをろう付けにより相互に接続する構成であるため、コストがかかるという問題点があった。
【０００７】
また、冷凍サイクルにおいては圧縮機の動作状況等によって循環する冷媒圧力が急激に上昇することがあり、それによる前後差圧によって膨張装置の内部圧力が異常に上昇することも想定される。このため、この異常な圧力上昇によって膨張装置が破損しないような対策をしておく必要性もある。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成において前後差圧による内部の異常な圧力上昇を効果的に防止することができる双方向膨張装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記問題を解決するために、双方向に冷媒が循環する配管内に設けられ、導入された冷媒を弁体によって規定した内部の絞り流路に通してその流れ方向に絞り膨張させて導出する双方向膨張装置であって、前記流れ方向の前後差圧が設定値以上となったときに、内部に設けた弾性体に付勢された前記弁体によって閉じられた前記絞り流路とは別の流路を開放し、前記導入された冷媒の少なくとも一部を前記別の流路を介して前記流れ方向に逃がすリリーフ機構を備えたことを特徴とする双方向膨張装置が提供される。
【００１０】
ここで、「弾性体」には、ばねやバイメタルなど様々な弾性体を含み得る。また、ここでいう「流れ方向」とは、双方向に循環する冷媒の現在の流れ方向を意味し、その冷媒の循環方向の切り替わりに応じて変化するものである。さらに、「設定値」は、その冷媒が使用されるシステムの動作環境や使用する弾性体の弾性力等によって決まるものであり、当該双方向膨張装置の仕様等に応じて設計者側で適宜選択することができる。
【００１１】
このような双方向膨張装置は、上述した従来技術のようにキャピラリチューブの長さを変えて絞り特性を変えるものではなく、内部に設けた弁体によって絞り流路の大きさを規定する構造を有する。このため、膨張装置が長大なものにならず、コンパクトに構成することができる。
【００１２】
また、当該双方向膨張装置の前後差圧が設定値以上になると、リリーフ機構により上記弁体が開弁動作により別の流路を形成して高圧冷媒をリリーフするため、内部の異常な圧力上昇を効果的に防止することができる。
【００１３】
この双方向膨張装置の具体的構成としては、内部に第１弁座及び第２弁座が設けられた筒状のシリンダを備え、前記弁体は、前記シリンダ内の部分的に縮管した段部を境にしてその両側にそれぞれ配置され、互いに独立して進退可能であるとともに前記第１弁座及び前記第２弁座にそれぞれ着脱可能に構成され、前記シリンダ内で前記冷媒を通過させる冷媒流路を形成可能な筒状の本体を有する第１弁体及び第２弁体からなり、前記第１弁体及び前記第２弁体のうち前記流れ方向の下流側に位置した方が、前記絞り流路を形成するように動作するものが考えられる。
【００１４】
ここで、「シリンダの段部」は、シリンダに一体成形されたものでもよいし、シリンダに筒状部材を固定して構成されたものであってもよい。
このように、筒状のシリンダ内に第１弁座及び第２弁座を配置するとともに、これらの弁座に着脱する第１弁体及び第２弁体を配置することで、双方向膨張装置をユニット化することができる。このため、双方向膨張装置を簡素でコンパクトな構成で実現することができ、配管内での設置スペースを小さくすることができる。
【００１５】
また、第１弁体及び第２弁体が冷媒の流れに応じてシリンダ内を自動的に移動して絞り流路を含む冷媒流路を形成するため、電磁弁等の高価な部品を要することなく、低コストに実現することができる。
【００１６】
さらに、上述したリリーフ機構により、各弁体、各弁座及び弾性体等の内部機器の破損等を防止することができる。
そして、このような構成において、さらに第１弁体及び前記第２弁体の各々が各弁体の開弁方向に作用する冷媒圧力の一部をキャンセルする圧力キャンセル構造を備えていると、弾性体として小型のものを採用することができ、双方向膨張装置をよりコンパクトに構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の双方向膨張装置によれば、内部に設けた弁体によって双方向の絞り流路をそれぞれ規定する構造を有するため、膨張装置が長大なものにならず、コンパクトに構成することができる。
【００１８】
また、前後差圧が設定値以上になると、リリーフ機構により弁体が別の流路を形成して高圧冷媒をリリーフするため、内部の異常な圧力上昇を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発明の双方向膨張装置を、ヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル内で冷房運転時と暖房運転時とで逆方向に流れる冷媒を絞り膨張して減圧させる膨張装置として構成したものである。図１は本実施の形態の双方向膨張装置が冷凍サイクルの配管に設置された様子を表す説明図である。また、図２は当該双方向膨張装置の縦断面図であり、（Ａ）はその２段の弁体を含む全体を表し、（Ｂ）はその片側の弁体を含む部分拡大図である。さらに、図３は当該双方向膨張装置の横断面図等であり、（Ａ）は図２（Ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、（Ｂ）は図２（Ｂ）のＢ方向矢視図である。
【００２０】
図１に示すように、双方向膨張装置１は、ヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクルを循環する冷媒の流路を構成する配管５０内に設置され、内部を双方向に通過する冷媒をその流れ方向に絞り膨張させるものである。尚、以下の図中には、ヒートポンプ式空気調和機の冷房時の冷媒の流れを実線矢印にて示し、暖房時の冷媒の流れを点線矢印にて示した箇所がある（以下同様）。また、以下の説明においては、冷媒の流れ方向を基準に上流側、下流側と表現することがある。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、双方向膨張装置１は、円筒状のシリンダ１０に円筒状の弁体２０（第１弁体）及び弁体１２０（第２弁体）を収容して構成され、その長手方向中央部を基準にほぼ対称な構造を有する。
【００２２】
シリンダ１０は、段付円筒状の本体１１のほぼ中央に部分的に縮管した段部１２を有し、その段部１２を境にして両側に弁体２０及び弁体１２０をそれぞれ配置している。この段部の両周端縁のそれぞれにより弁座１３（第１弁座）及び弁座１４（第１弁座）が形成され、それぞれ弁体２０，弁体１２０を着座させることができるようになっている。
【００２３】
また、本体１１の一端部には、配管５０への固定のために外径方向に延出したフランジ部１６が形成されている。また、段部１２が位置するシリンダ１０の外周面には、配管５０に固定する際に気密保持用のＯリングを嵌合させるための嵌合溝１０ａが周設されている。さらに、本体１１の両端部には、円板状のストッパ１７，１１７がそれぞれ内挿固定されており、弁体２０，１２０との間に各弁体を各弁座側（閉弁方向）に付勢するばね１８，１１８をそれぞれ介装している。
【００２４】
図２（Ｂ）は同図（Ａ）に示した双方向膨張装置１の長手方向中央部より左側の構成を表す部分拡大図である。
同図（Ｂ）に示すように、弁体２０は、シリンダ１０に内挿される段付円筒状の本体を有し、弁座１３に着脱可能な円筒状の弁部２１と、その段部１２とは反対側（以下「反段部側」という）に配置される段付円筒状のガイド部２２とから構成されている。
【００２５】
弁部２１の段部１２側（以下「段部側」という）端部には、段部側に向かって外径が小さくなるテーパ部が設けられており、着座の際にはその先端部が段部１２に所定量内挿されるようになっている。
【００２６】
ガイド部２２は、図３（Ａ）にも示すように、ほぼ六角形状の断面を有する本体部２３と、その反段部側に縮管して連設された円筒状の縮管部２４とから構成されている。本体部２３の各頂点部分はシリンダ１０の本体１１の内周面に沿った円弧状に形成され、各頂点部分の間に冷媒を流通可能な冷媒流路が形成されている。弁体２０は、そのガイド部２２の各頂点部分が本体１１の内面に沿って摺動することにより、シリンダ１０内を安定して進退するようになっている。また、縮管部２４にはばね１８の一端部外挿されている。
【００２７】
本体部２３の段部側端部はやや拡径しており、弁部２１の反段部側端部が圧入固定されている。このため、ガイド部２２における弁部２１と縮管部２４との間には空間部Ｓ１が形成されている。この空間部Ｓ１には、後述する段付円柱状の軸状部材３０が部分的に内挿されている。
【００２８】
ストッパ１７は、図３（Ｂ）にも示すように、その中心を貫通するねじ孔１７ａが設けられており、このねじ孔１７ａの周りには、冷媒流路となる３つの長孔１７ｂがそれぞれ等間隔（１２０度おき）に配設されている。これら３つの長孔１７ｂを合わせた流路面積は、弁体２０が開弁状態になったときの弁部２１と弁座１３との間隙により形成される流路面積よりも十分に大きくなっており、長孔１７ｂにおいて冷媒の圧力損失が発生するのを抑制している。
【００２９】
このストッパ１７は、アジャスト機構を備えている。すなわち、ストッパ１７の外周には雄ねじが形成されおり、シリンダ１０の反段部側端部にはこれと螺合する雌ねじが形成されている。そして、シリンダ１０に対するストッパ１７の螺入量を調整してストッパ１７の位置を調整することにより、ばね１８の弾性力を調整できるようになっている。また、ストッパ１７のねじ孔１７ａには、すりわり又は六角穴付きの止めねじ４０（係止部材）が螺合して挿通され、その先端で軸状部材３０の反段部側端面を支持している。そして、ストッパ１７に対する止めねじ４０の螺入量を調整してこの止めねじ４０の位置を調整することにより、シリンダ１０内における軸状部材３０の軸方向の位置を調整できるようになっている。
【００３０】
図４は本実施の形態の絞り機構の構成を表す説明図であり、（Ａ）は弁体２０近傍の構造を表す部分拡大断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は（Ａ）のＣ部拡大図である。
同図（Ａ）に示すように、軸状部材３０は、その段部側端部に段部側に向かって断面が大きくなるテーパ部３１が形成され、そのテーパ部３１のテーパ面と縮管部２４の内周端縁部２４ａとの間隙によって絞り流路が形成されるようになっている。この絞り流路は、同図（Ｂ）に示すように弁体２０が弁座１３に着座している際には、その間隙を通常の絞り流路としての流路断面を実現する設定値ｃ１に保持する。このため、この絞り流路を境に段部側が高圧部、反段部側が低圧部となる。しかし、同図（Ｃ）に示すように弁体２０が弁座１３から離間すると、その間隙が設定値ｃ１よりも大きな値ｃ２となり、冷媒をより多く流すことができる反面、その絞り機構としての機能は低下する。尚、この閉弁時の絞り流路の大きさは、上述したアジャスト機構によって軸状部材３０の位置を調整することにより、自由に設定することができる。
【００３１】
また、軸状部材３０の段部側端面には、図３（Ａ）にも示したように、一つの径方向に貫通する溝３２が形成され、その残余の端面によって弁部２１ひいては弁体２０をその反段部側から係止可能に構成されている。そして、この溝３２は弁部２１内の冷媒通路に連通しているため、弁部２１が軸状部材３０に係止されている際にも、その溝３２によって形成される連通路、空間部Ｓ１、及び縮管部２４を介して冷媒を反段部側へ導出できるようになっている。
【００３２】
このように構成された双方向膨張装置１は、図１に示すように配管５０に固定される。すなわち、配管５０は、双方向膨張装置１を内部に収容する配管５１と、双方向膨張装置１の一端を係止する配管５２とを接続する継手構造を有する。配管５１は、その一端部で拡管して段部５３を形成し、その拡管部に配管５２の端部を内挿して接続している。これら配管５１と配管５２との間の気密は、配管５２の端部に設けられた溝部に配設されたＯリング５４によって保持されている。
【００３３】
双方向膨張装置１は、そのフランジ部１６が配管５１の段部５３と配管５２の端面との間に挟持されることにより、配管５０内に固定される。これら双方向膨張装置１と配管５０との間の気密は、シリンダ１０の嵌合溝１０ａに配設されたＯリング１０ｂによって保持されている。双方向膨張装置１は、シリンダ１０を収容するケーシング等を備えておらず、シリンダ１０が配管５０に直接固定されるようになっている。
【００３４】
次に、双方向膨張装置１における圧力キャンセル構造について説明する。
双方向膨張装置１においては、図４（Ｂ）に示すように、段部側から段部１２内の冷媒通路に導入された高圧冷媒に対して、弁部２１の段部側端面の段部１２に内挿される部分４１と、ガイド部２２の縮管部２４の段部側端面４２によって開弁用受圧面が形成され、弁部２１の反段部側端面４３によって閉弁用受圧面が形成されている。そして、この開弁用受圧面全体の受圧面積が閉弁用受圧面全体の受圧面積よりも大きくなるように、縮管部２４の内径が段部１２の内径よりも小さくなっている（点線部参照）。すなわち、弁体２０の空間部Ｓ１に導入された冷媒が、弁体２０に対して閉弁方向（図中右方向）の圧力を作用させ、弁体２０の開弁方向に作用する冷媒圧力の一部をキャンセルするようになっている。従って、この閉弁用受圧面で受ける圧力とばね１８による弾性力との合力が、開弁用受圧面で受ける冷媒圧力に対抗することになる。
【００３５】
次に、双方向膨張装置１におけるリリーフ機構について説明する。
図４（Ｃ）に示すように、双方向膨張装置１においては、その前後差圧が予め定める値以上となって弁部２１が弁座１３から離間すると、段部側から流入した冷媒の大部分が、弁部２１と弁座１３との間隙を介してリリーフされる。このときリリーフされた冷媒は、図２に示した弁体２０とシリンダ１０の本体１１との間に形成された冷媒流路及びストッパ１７の複数の長孔１７ｂを介して配管５０の下流側へと送出される。このようにして、双方向膨張装置１内部における冷媒圧力の異常な上昇を防止している。
【００３６】
図２（Ａ）に示した双方向膨張装置１の長手方向中央部より右側の構成については、以上に述べた長手方向中央部より左側の構成と対称に表れる以外は同様である。また、上述した圧力キャンセル構造及びリリーフ機構の構成についても同様であり、冷媒の流れが逆転した場合（つまり暖房時）には、同様に機能する。このため、同様の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。
【００３７】
尚、図２（Ａ）に示した双方向膨張装置１において、左右のアジャスト機構によって各軸状部材３０の位置を調整することにより、冷房時と暖房時の絞り流路の大きさを互いに異ならせることができ、冷房時と暖房時のそれぞれに適した絞り膨張の機能を発揮させることができる。
【００３８】
次に、双方向膨張装置１の動作について説明する。図５はその双方向膨張装置１の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房時において双方向膨張装置１の前後差圧がリリーフのために予め定める設定値未満のときの様子を示し、（Ｂ）は冷房時においてその前後差圧がその設定値以上になったときの状態を示している。また、（Ｃ）は暖房時において双方向膨張装置１の前後差圧がリリーフのための設定値未満のときの様子を示し、（Ｄ）は暖房時においてその前後差圧がその設定値以上になったときの状態を示している。
【００３９】
まず冷房時においては、双方向膨張装置１は、その前後差圧が平常である通常時においては、同図（Ａ）に示すように、冷媒の流れ方向を基準に上流側にある弁体１２０及び下流側にある弁体２０はともに閉弁状態となっているが、導入された冷媒は、各弁体の内部に形成された冷媒流路を介してシリンダ１０内を流れ、弁体２０の位置で絞り膨張されて配管５０の下流側に導出される。
【００４０】
すなわち、上流側の弁体１２０は、ばね１１８の閉弁方向の付勢力が冷媒圧力による開弁方向の力にうち勝って下流側に動作し、閉弁状態となっている。このとき、上流側の軸状部材３０は、弁体１２０の縮管部２４との間を流れる冷媒によって止めねじ４０から離間して下流側に動作し、溝３２により冷媒流路を確保した状態で弁部２１の上流側端面に係止されている。
【００４１】
一方、下流側の弁体２０は、ばね１８の閉弁方向の付勢力が冷媒圧力による開弁方向の力にうち勝って上流側に動作し、閉弁状態となっている。このとき、下流側の軸状部材３０は、弁体２０の縮管部２４との間を流れる冷媒の摩擦力によって下流側に動作し、止めねじ４０の端面に係止されており、軸状部材３０と弁体２０との間には通常の絞り流路が形成されている。
【００４２】
このため、双方向膨張装置１において、ストッパ１１７の長孔１１７ｂから流入した冷媒は、弁体１２０内，段部１２を通って弁体２０内に流入して絞り流路にて減圧され、ストッパ１７の長孔１７ｂから下流側に導出される。
【００４３】
そして、双方向膨張装置１の前後差圧が異常に上昇して予め定める設定値になると、弁体２０において開弁用受圧面で受ける開弁方向の力が大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、弁部２１が弁座１３から離間して開弁し、上流側から流入した冷媒の大部分が、弁体２０とシリンダ１０との間に形成された冷媒流路及びストッパ１７の長孔１７ｂを介して下流側に流される。このようにして、双方向膨張装置１内部における冷媒圧力の異常な上昇が防止される。
【００４４】
次に、暖房時においては、双方向膨張装置１は、その前後差圧が平常である通常時においては、同図（Ｃ）に示すように、冷媒の流れ方向を基準に上流側にある弁体２０及び下流側にある弁体１２０はともに閉弁状態となっているが、導入された冷媒は、各弁体の内部に形成された冷媒流路を介してシリンダ１０内を流れ、弁体１２０の位置で絞り膨張されて配管５０の下流側に導出される。
【００４５】
そして、双方向膨張装置１の前後差圧が異常に上昇して予め定める第２の設定値になると、弁体１２０において開弁用受圧面で受ける開弁方向の力が大きくなり、同図（Ｄ）に示すように、弁部２１が弁座１３から離間して開弁し、上流側から流入した冷媒の大部分が、弁体１２０とシリンダ１０との間に形成された冷媒流路及びストッパ１１７の長孔１１７ｂを介して下流側に流される。このようにして、双方向膨張装置１内部における冷媒圧力の異常な上昇が防止される。
【００４６】
この暖房時における弁体２０及び１２０等の各部の動作の詳細については、上述した冷房時における動作と対称に表れることを除いてはほぼ同様であるため、その説明を省略する。尚、冷房時においてリリーフ動作を開始させる冷媒圧力の設定値と、暖房時におけるそれ（第２の設定値）は、同じ値にしてもよいし、異なる値にしてもよい。これらの各設定値は、各軸状部材３０のシリンダ１０内における位置を止めねじ４０の螺入量を調整することによって任意に設定することができる。
【００４７】
以上に説明したように、本実施の形態の双方向膨張装置１においては、圧力キャンセル構造によって冷媒圧力の一部がキャンセルされるため、ばね１８，１１８として小型のものを採用することができ、その結果、双方向膨張装置１全体をコンパクトに構成することができる。
【００４８】
また、双方向膨張装置１の前後差圧が予め定める値以上となった場合には、リリーフ機構により、段部１２側から流入した冷媒を、絞り流路を経由する通常の冷媒通路とは別の流路に逃がすことができるため、双方向膨張装置１内部における冷媒圧力の異常な上昇を防止して、内部機器の破損等を防止することができる。
【００４９】
また、弁体２０，１２０のように開弁時の上流側端面がテーパ状をなすものは、その有効受圧面積がその開弁とともに小さくなる傾向にはあるが、本実施の形態においてはこの有効受圧面積の減少による開弁方向の力の低下を補うことができる。すなわち、開弁時において、弁体２０，１２０の有効受圧面積の変化（減少）と縮管部２４の有効受圧面積の変化（増加）とが相殺し、弁体２０，１２０のリフト量による受圧変化をキャンセルすることができる。その結果、リリーフ時の前後差圧と開口面積との関係を精度よく設定することができる。
【００５０】
尚、本実施の形態においては、上述のように縮管部２４の内径が段部１２の内径よりも小さくなるようにしたが、これらの内径をほぼ同じに構成してもよい。
また、軸状部材３０をシリンダ１０内で安定に保持するためのガイド手段を設けてもよい。例えば、軸状部材３０の段部側端部においてその外周面の複数箇所に半径方向外側に延出して弁体２０，１２０の各ガイド部２２の内周面にガイドされるガイド部を設けるようにしてもよい。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は本実施の形態にかかる双方向膨張装置の縦断面図である。また、図７は当該双方向膨張装置の構造を表す説明図であり、（Ａ）は図６の双方向膨張装置の左半部分についての開弁状態を表す断面図であり、（Ｂ）は図６のＤ−Ｄ矢視断面図であり、（Ｃ）は図６のＥ方向矢視図である。尚、本実施の形態において上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については必要に応じて同一の符号を付す等して、その説明を省略する。
【００５２】
図６に示すように、双方向膨張装置２０１は、円筒状のシリンダ２１０に弁体２２０（第１弁体）及び弁体３２０（第２弁体）を収容して構成され、その長手方向中央部を基準にほぼ対称な構造を有する。
【００５３】
シリンダ２１０は、一端に縮管部を有する段付円筒状の第１シリンダ２１１及び第２シリンダ２１２を、各々の縮管部を突き合わせて長手方向に接続して構成されている。そして、その接続部に形成される段部２１３の内側に円筒状の可動体２０５を進退可能に支持するとともに、その段部２１３を境にして第１シリンダ２１１側に弁体２２０を、第２シリンダ２１２側に弁体３２０を、それぞれ配置している。
【００５４】
すなわち、第１シリンダ２１１は、その一端側に縮管して延出した縮管部２１４が設けられており、その基端部がさらに縮径して可動体２０５を摺動可能にガイドするガイド部２１５を形成している。第１シリンダ２１１の他端部には有底円筒状のストッパ２１７が固定されており、このストッパ２１７と弁体２２０との間に球状のボール弁座２３０が介装されている。また、ガイド部２１５の端面と弁体２２０との間には、弁体２２０をボール弁座２３０側（閉弁方向）に付勢するばね２１８が介装されている。
【００５５】
一方、第２シリンダ２１２は、その一端側に縮管して第１シリンダ２１１の縮管部２１４の内径にほぼ等しい外径と、ガイド部２１５の内径にほぼ等しい内径を有する縮管部２１６が設けられており、可動体２０５を摺動可能にガイドするガイド部を形成している。第２シリンダ２１２の他端部には有底円筒状のストッパ３１７が固定されており、このストッパ３１７と弁体３２０との間に球状のボール弁座３３０が介装されている。また、縮管部２１６の端面と弁体３２０との間には、弁体３２０をボール弁座３３０側（閉弁方向）に付勢するばね３１８が介装されている。第２シリンダ２１２は、その縮管部２１６が第１シリンダ２１１の縮管部２１４に所定量圧入されて固定される。
【００５６】
可動体２０５は、ガイド部２１５の内径にほぼ等しい外径を有する円筒状の本体を備え、その本体の長手方向中央近傍に外方に突出した被係止部２４１が周設されている。この可動体２０５は、ガイド部２１５及び縮管部２１６に摺動可能にガイドされつつ、段部２１３の内側に内挿されている。可動体２０５の被係止部２４１は、ガイド部２１５と縮管部２１６との間の空間に配置されており、この被係止部２４１がガイド部２１５及び縮管部２１６のいずれか一方の端面に係止されることによって可動体２０５が進退する範囲が規制されている。
【００５７】
第１シリンダ２１１側の弁体２２０は、段部２１３とは反対側（以下「反段部側」という）に向かって２段階に拡管した段付円筒状の本体を有し、その中央の円筒部が本体部２２１を構成し、その本体部２２１の段部２１３側（以下「段部側」という）に縮管して縮管部２２２が設けられ、その本体部２２１の反段部側に拡管してガイド部２２３が設けられている。そして、本体部２２１の反段部側端部により円筒状の弁部２２４が形成されている。
【００５８】
縮管部２２２は、可動体２０５の内径よりもやや小さな外径を有し、可動体２０５に進退可能に挿通され、その可動体２０５との間隙により絞り流路（絞り機構）を形成するように構成されている。この縮管部２２２と本体部２２１との接続部の内外形状は、本体の段部側端部に向かって外径が小さくなるテーパ形状となっている。そして、その外側のテーパ面２２５が可動体２０５の端面に係止されることにより、弁体２２０の段部側への移動が規制されるようになっている。
【００５９】
ガイド部２２３は、図７（Ｂ）にも示すように、ほぼ六角形状の断面を有し、その各頂点部分が第１シリンダ２１１の内周面に沿った円弧状に形成され、各頂点部分の間に冷媒を流通可能な冷媒流路が形成されている。弁体２２０は、そのガイド部２２３の各頂点部分が第１シリンダ２１１の内面に沿って摺動することにより、シリンダ１０内を安定して進退するようになっている。また、ガイド部２２３の内部は反段部側に向かって断面が大きくなるテーパ状をなし、そのテーパ部の反段部側対向面によってボール弁座２３０の段部側部分を覆うように収容できるようになっている。図示のように、弁体２２０の弁部２２４がボール弁座２３０に着座した際には、このテーパ部とボール弁座２３０との間に所定の間隙が形成されるように構成されている。このとき、ボール弁座２３０は、ストッパ２１７の段部側端面と弁部２２４との間に挟持されるようにして支持される。上述したばね２１８は、本体部２２１に外挿されつつ、このガイド部２２３の段部側端面と縮管部２１４との間に介装されている。
【００６０】
ストッパ２１７は、図７（Ｃ）にも示すように、その中心の周りに冷媒流路となる３つの長孔２１７ａがそれぞれ等間隔（１２０度おき）に配設されている。これら３つの長孔２１７ａを合わせた流路面積は、弁体２２０が開弁状態になったときの弁部２２４とボール弁座２３０との間隙により形成される流路面積よりも十分に大きくなっており、長孔２１７ａにおいて冷媒の圧力損失が発生するのを抑制している。
【００６１】
このストッパ２１７は、アジャスト機構を備えている。すなわち、ストッパ２１７の外周には雄ねじが形成されおり、第１シリンダ２１１の反段部側端部にはこれと螺合する雌ねじが形成されている。そして、第１シリンダ２１１に対するストッパ２１７の螺入量を調整してストッパ２１７の位置を調整することにより、段部側に支持するボール弁座２３０の位置を調整できるようになっている。
【００６２】
次に、双方向膨張装置２０１における圧力キャンセル構造について説明する。
双方向膨張装置２０１においては、縮管部２２２の段部側端面により閉弁用受圧面が形成され、弁体２２０内部における縮管部２２２と本体部２２１との境界のテーパ部の反段部側対向面により、この閉弁用受圧面よりも大きな受圧面積を有する開弁用受圧面が形成されている。すなわち、段部側から導入された冷媒が、弁体２２０に対して閉弁方向（図中左方向）の圧力を作用させ、弁体２２０の開弁方向に作用する冷媒圧力の一部をキャンセルするようになっている。従って、この閉弁用受圧面で受ける圧力とばね２１８による弾性力との合力が、開弁用受圧面で受ける冷媒圧力に対抗することになる。
【００６３】
次に、双方向膨張装置２０１におけるリリーフ機構について説明する。
図７（Ａ）に示すように、双方向膨張装置２０１においては、その前後差圧が予め定める値以上となって弁部２２４がボール弁座２３０から離間すると、段部側から流入した冷媒の大部分が、弁部２２４とボール弁座２３０との間隙を介して逃がされ、ストッパ２１７の複数の長孔２１７ａを介して反段部側に流される。このようにして、双方向膨張装置２０１内部における冷媒圧力の異常な上昇を防止している。
【００６４】
尚、第２シリンダ２１２側の弁体３２０、ボール弁座３３０及びストッパ３１７の構成は、第１シリンダ２１１側の弁体２２０、ボール弁座２３０及びストッパ２１７の構成と対称に表れる以外はほぼ同様であるため、同様の構成部分については同一の符号を付す等してその説明を省略する。また、上述した圧力キャンセル構造及びリリーフ機構の構成についても同様であり、冷媒の流れが逆転した場合（つまり暖房時）には同様に機能するため、その説明についても省略する。
【００６５】
次に、双方向膨張装置２０１の動作について説明する。図８はその双方向膨張装置２０１の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房時において双方向膨張装置２０１の前後差圧がリリーフのために予め定める設定値未満のときの様子を示し、（Ｂ）は冷房時においてその前後差圧がその設定値以上になったときの状態を示している。また、（Ｃ）は暖房時において双方向膨張装置２０１の前後差圧がリリーフのための設定値未満のときの様子を示し、（Ｄ）は暖房時においてその前後差圧がその設定値以上になったときの状態を示している。
【００６６】
まず冷房時においては、双方向膨張装置２０１は、その前後差圧が平常である通常時においては、同図（Ａ）に示すように、冷媒の流れ方向を基準に上流側にある弁体３２０及び下流側にある弁体２２０はともに閉弁状態となっているが、導入された冷媒は、各弁体の内部に形成された冷媒流路を介してシリンダ２１０内を流れ、弁体２２０の位置で絞り膨張されて配管５０の下流側に導出される。
【００６７】
すなわち、上流側の弁体３２０は、ばね３１８の閉弁方向の付勢力が冷媒圧力による開弁方向の力にうち勝って上流側に動作し、閉弁状態となっている。このとき、可動体２０５は内部を流れる冷媒によって下流側に動作しており、弁体３２０の縮管部２２２は可動体２０５から離間し、その間隙には絞り流路ではなく流路断面の大きな冷媒流路が形成されている。
【００６８】
一方、下流側の弁体２２０は、ばね２１８の閉弁方向の付勢力が冷媒圧力による開弁方向の力にうち勝って下流側に動作し、閉弁状態となっている。このとき、弁体３２０の縮管部２２２が可動体２０５に内挿されており、その間隙に通常の絞り流路を形成している。
【００６９】
このため、双方向膨張装置２０１において、ストッパ３１７の長孔２１７ａから流入した冷媒は、弁体３２０と第２シリンダ２１２との間隙、可動体２０５を通って絞り流路にて減圧され、さらに弁体２２０と第１シリンダ２１１との間隙、ストッパ２１７の長孔２１７ａを経由して下流側に導出される。
【００７０】
そして、双方向膨張装置２０１の前後差圧が異常に上昇して予め定める設定値になると、弁体２２０において開弁用受圧面で受ける開弁方向の力が大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、弁部２２４がボール弁座２３０から離間して開弁し、上流側から流入した冷媒の大部分が、弁体２２０の内部、弁体２２０とボール弁座２３０との間隙、及びストッパ２１７の長孔２１７ａを介して下流側に流される。このようにして、双方向膨張装置２０１内部における冷媒圧力の異常な上昇が防止される。
【００７１】
次に、暖房時においては、双方向膨張装置２０１は、その前後差圧が平常である通常時においては、同図（Ｃ）に示すように、冷媒の流れ方向を基準に上流側にある弁体２２０及び下流側にある弁体３２０はともに閉弁状態となっているが、導入された冷媒は、各弁体の内部に形成された冷媒流路を介してシリンダ２１０内を流れ、弁体３２０の位置で絞り膨張されて配管５０の下流側に導出される。
【００７２】
そして、双方向膨張装置２０１の前後差圧が異常に上昇して予め定める第２の設定値になると、弁体３２０において開弁用受圧面で受ける開弁方向の力が大きくなり、同図（Ｄ）に示すように、弁部２２４がボール弁座３３０から離間して開弁し、上流側から流入した冷媒の大部分が、弁体３２０とシリンダ２１０との間に形成された冷媒流路及びストッパ３１７の長孔２１７ａを介して下流側に流される。このようにして、双方向膨張装置２０１内部における冷媒圧力の異常な上昇が防止される。
【００７３】
この暖房時における弁体２２０及び３２０等の各部の動作の詳細については、上述した冷房時における動作と対称に表れることを除いてはほぼ同様であるため、その説明を省略する。尚、冷房時においてリリーフ動作を開始させる冷媒圧力の設定値と、暖房時におけるそれ（第２の設定値）は、同じ値にしてもよいし、異なる値にしてもよい。これらの各設定値は、アジャスト機構によりストッパ２１７，３１７の螺入量を調整することによって任意に設定することができる。
【００７４】
以上に説明したように、本実施の形態の双方向膨張装置２０１においても、圧力キャンセル構造によって冷媒圧力の一部がキャンセルされるため、双方向膨張装置２０１全体をコンパクトに構成することができる。
【００７５】
また、双方向膨張装置２０１の前後差圧が予め定める値以上となった場合には、リリーフ機構によりその異常な上昇を防止して、内部機器の破損等を防止することができる。
さらに、上述のように、弁体２２０の弁部２２４が第１の実施の形態の場合とは異なり反段部側に面しているため、有効受圧面積がその開弁とともに小さくなるという現象が発生しない。逆に、弁開方向の押圧面を増大させるために、圧力キャンセルの精度を向上させることができるとともに、より速やかにリリーフ作用を機能させることができる。
【００７６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内での変化変形が可能であることはいうまでもない。
【００７７】
例えば、上記各実施の形態では、各双方向膨張装置のシリンダが配管５０に直接固定されるように構成した例を示したが、これらの双方向膨張装置がシリンダを収容するケーシング等を備えており、そのケーシング等が配管５０に固定されるものであってもよい。
【００７８】
また、上記各実施の形態では、双方向膨張装置をその長手方向中央部を境にほぼ対称に構成した例を示したが、必ずしも対称である必要は無く、同様の機能を発揮する範囲で適宜設計変更することができる。
【００７９】
尚、各双方向膨張装置を構成する内部部品としては、例えば樹脂などで構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】第１の実施の形態にかかる双方向膨張装置が冷凍サイクルの配管に設置された様子を表す説明図である。
【図２】双方向膨張装置の縦断面図である。
【図３】双方向膨張装置の横断面図等である。
【図４】絞り機構の構成を表す説明図である。
【図５】双方向膨張装置の動作を表す説明図である。
【図６】第２の実施の形態にかかる双方向膨張装置の縦断面図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる双方向膨張装置の構造を表す説明図である。
【図８】第２の実施の形態にかかる双方向膨張装置の動作を表す説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，２０１  双方向膨張装置
１０，２１０  シリンダ
１１  本体
１２，２１３  段部
１３，１４  弁座
１６  フランジ部
１７，１１７，２１７，３１７  ストッパ
１８，１１８，２１８，３１８  ばね
２０，１２０，２２０，３２０  弁体
２１，２２４  弁部
２２，２１５，２２３  ガイド部
２３  本体部
２４，２１４，２１６  縮管部
３０  軸状部材
３１  テーパ部
３２  溝
４０  止めねじ
５０  配管
２０５  可動体
２１１  第１シリンダ
２１２  第２シリンダ
２２１  本体部
２３０，３３０  ボール弁座
２４１  被係止部
【図１】
2005265230.tif 000003
【図２】
2005265230.tif 000004
【図３】
2005265230.tif 000005
【図４】
2005265230.tif 000006
【図５】
2005265230.tif 000007
【図６】
2005265230.tif 000008
【図７】
2005265230.tif 000009
【図８】
2005265230.tif 000010